電力系統繼電保護的整定優化

姚武

摘要：電力系統處于不斷發展過程中，人們日益增長的需求注定了繼電保護系統和系統優化要不斷地提高，這樣才能能夠滿足電力發展的需要。繼電保護系統整定優化，可以大大的節約了電力系統的工作時間，提高了工作效率，確保井下繼電保護的安全可靠的運轉。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；整定

前言

隨著社會經濟的發展，對各種基礎設施的要求也逐步提高。電力系統的飛速發展和安全運行給國民經濟和社會發展帶來了巨大的動力和效益。但是，電力系統一旦發生自然或人為故障，不能及時有效地得到控制而失去穩定運行、電網瓦解，將會造成大面積停電，給社會帶來災難性的后果。因此，繼電保護（包括安全自動裝置）就是保障電力設備安全和防止及限制電力系統長時間大面積停電的最基本、最重要和最有效的技術手段，繼電保護裝置因此也成為對實時性、可靠性要求最嚴格的二次裝置。繼電保護隨著電子技術的發展也不斷發展，完善，對電力系統的保護更全面、更可靠，隨著計算機技術的普及和應用又為繼電保護注入了新的活力。煤礦供電系統繼電保護的現實需求出發，進行合理的設計與安裝，并進行切實有效的管理，這樣才能保證煤礦的安全生產。

1煤礦供電系統現狀

煤礦供電系統的核心變電所是一個35kV變電所，一次側電壓35kV，二次電壓6kV。35kV變電所現有兩回路高壓供電線路，從區域變電所以兩回LGJ-3×240-35架空線路供電，正常時供電系統的基本運行方式為： 35kV線路和各臺變壓器均為分列運行方式。35kV變電所高壓室6kV系統為雙母線系統，井下中央和采區變電所采用6kV供電系統，由八根MYJV22（42）-6-3×240mm?2銅芯交聯聚乙烯絕緣電力電纜自地面35kV變電所經副井井筒引至井下中央（采區）變電所。正常時采用單母線四段分列運行，當其中任一回路停止送電時，其余回路能保證原有全部負荷用電。井下中央和采區變電所，采用高壓防爆開關和保護器。

2煤礦供電系統存在的問題

①35kV變電所至中央（采區）變電所的8路進線中兩兩并列運行，開關保護只設過流兩段保護，無法保證可靠選擇性動作。②因礦屬各單位維護范圍的不同，造成井下、地面高壓饋出柜與后級高壓進線的保護定值不匹配、不配合問題，經常出現越級跳閘現象。

3繼電保護整定優化方案

3.1整定原則的優化為了使整個供電網絡配合得當，避免越級跳閘，結合煤礦實際情況，基于上述原則，整個6kV供電系統網絡中通過設定過流加延時做為主保護（中央變電所進線柜除外），延時級差為0.15S，無延時速斷作為輔助保護進行配合。

3.1.1瞬時速斷保護的優化35kV變電所饋出線路、中央變電所饋出線路，設置為三段式保護，瞬時速斷動作電流按躲過下井線路末端最大三相短路電流來整定，在最小運行方式下發生兩相短路時，至少具有線路全長約15%的保護范圍，線路的全長由限時速斷保護。中央變電所和采區變電所的出線開關，瞬時速斷按躲過線路末端最大三相短路電流的整定原則整定。雖然在最小運行方式下線路末端兩相短路時保護區很短，但在具有短延時且靈敏度較高的Ⅱ段限時速斷保護配合下，可以在較短時間內就切除故障，因此不需要I段有很高的靈敏度。中央變電所的進線開關，考慮到井筒電纜的安全性，犧牲選擇性，設瞬時速斷。采區變電所的進線開關，考慮到優先保證保護的選擇性，不設瞬時速斷，采用定時限過流。

整定原則：按最大運行方式下線路末端三相短路整定。

Kk———可靠系數，取1.2；Kjx———接線系數，取1；I（3）dmax———被保護線路末端三相最大短路電流；Ki———電流互感器變比。

校驗最小保護范圍，按15%計算。被保護線路實際安裝長度L應大于或等于計算最小長度Lmin。滿足β=15%的最小線路長度Lmin為：

Kk———可靠系數，取1.2；α———系數，最小與最大運行方式系統計算電抗之比；X*max———保護裝置安裝處最大三相短路計算電抗標幺值；Z*l———被保護線路每公里阻抗值。

3.1.2限時速斷保護的優化根據煤礦井下電網的特殊情況，各母線間短路電流的差距很小，中央變電所之后多級保護之間動作電流的差距仍不能保證系統縱向的選擇性。為解決這個問題，改變傳統的II段時限與相鄰線路I段時限配合的整定原則，在各出線處II段時限按與相鄰線路出線處II段時限配合的原則進行整定；進線保護II段亦與相鄰線路出線處II段進行配合，此原則降低了越級跳閘的可能性。

整定原則：按同一靈敏度系數法整定，在最小運行方式下線路末端發生兩相短路時有足夠的靈敏度。

I（2）dmin1———最小運行方式下線，路末端兩相短路電流；Ki———電流互感器變比；Klm———靈敏系數，取1.5以上。

校驗公式：KiIdz>1.5×Imax

Imax———最大負荷電流

3.1.3定時限過流保護的優化一般定時限過流保護均按能躲過正常最大工作電流整定，但考慮煤礦負荷種類繁多，故按四大類負荷情況進行整定計算，分別是：下一級變電所、變壓器、變壓器組、電動機四種情況。按躲過后級最大負荷電流計算，保護動作電流為：

I（2）dmin2———電纜末端最小兩相短路電流。

3.2整體配合的優化根據前面分析，考慮到煤礦供電系統的特點，以及井下電纜網絡發生短路故障的幾率遠高于地面6kV線路等因素，總體的線路保護系統優化方案，既要限制井下發生短路時大電流對上級變電所主變壓器的沖擊，又要兼顧井上、井下保護動作值的配合，還要考慮全線電壓損失和保護系統的可靠性，選擇性等要求。采區變電所出線保護保持原有兩段式保護不變，I段的動作電流突破常規方法按保躲過后級變壓器（組）二次側最大三相短路電流或后級最大起動電流處理，同時應躲過定時過流的動作電流；Ⅱ段延時改為0.15S。有利于快速切除故障，并能在時限上更好的與上級及下一級保護配合。中央變出線開關設置瞬時速斷和具有短時限的限時速斷和定時過流三段式保護，采區變電所進線與出線定時限過流保護時限配合，動作時限整定為0.3S，每段母線的進線和出線的Ⅱ段保護時限級差為0.15S。由于從中央變電所到采區變電所線路上沒有負荷，在特殊情況下同一條線路的出線和進線可以整定為同一時限。例如中央變電所———區域變電所———一采一變電所線路，由于級數較多，為了保證時限上的配合，只能采用上一級的饋出開關定時限過流時限與下一級進線開關定時限過流時限整定為同一時限。在地面6kV出線開關上（除帶井下8路進線的8臺出線開關）設置三段式電流保護，定時過流時限與變壓器過流保護配合，整定為0.6S；本級限時速斷整定為0.15S，動作電流應保護饋出線路的全長。

4實例分析

自從優化后的整定值投運以來，未出現過越級跳閘、誤動作現象，現列舉最近一起后級短路事故：十四采二變電所8#高防開關帶143下05東軌順。2012年7月11日19：30左右8#高防開關速斷跳閘，故障顯示為短路，速斷值為3000A。示例供電圖見圖1。

圖1

中央變電所33#柜（帶十四采二變11#）整定值為40A/18A/0.15S/10A/0.45S，CT為600/5；十四采二變電所11#高防（帶十四采二變電所8#高防）整定值為15A/0.3S，CT為400/5；8#高防開關整定值為16A/7A/0.15S，CT為300A。經排查后得知，后級變壓器一次側短路，這與速斷值3000A是吻合的。8#速斷整定值是通過躲過后級變壓器二次側最大短路電流得到，故變壓器一次短路達到了速斷動作值，8#高防開關速斷跳閘，11#高防開關由于0.3S秒的延時躲過了跳閘，并顯示告警信號。短路電流數值雖然達到中央變電所高壓開關柜反時限速斷設定值，但由于0.15S的延時，也躲過了動作值。由此可以看出，在運整定值還是較好的解決了越級跳閘問題。

5未來優化方向

①根據煤礦現有供電系統的特點，受其制約，只有中央變電所、采區變電所及后級負荷能夠通過延時級差實現上級與下級的較好配合。但由于井筒電纜的特殊性以及35kV、部分6kV饋出線路較短，從系統安全穩定方面考慮，無法通過拉級差進行較好的配合；特別是井筒電纜，為既能實現保護配合，又能對井筒電纜進行全長保護，考慮加縱差保護；又因井筒電纜為雙回路并列運行，考慮同時加橫差保護，來解決縱差保護“死區”。②由于較大短路電流對電網的沖擊，造成電網電壓瞬間降低，可能引起部分開關失壓跳閘，考慮除高防開關失壓增加0.5S延時外，并將低防開關失壓動作值盡量調低，避免因短路沖擊造成的部分低壓開關掉電。③中央變電所反時限速斷保護整定值在能保護到全程電纜并滿足靈敏度系數的情況下，盡量放大，以防止因部分開關在跳閘機構不是很靈活的情況0.15S的延時無法躲過下一級發生的短路電流。④整定要靈活。對于線路配合要求不太高，越級跳閘影響范圍很小的情況下，考慮以線路安全可靠為主。⑤在運配合整定值以后要動態校驗，發現存在不合理的地方進行適當修改。

6結語

本文以煤礦供電系統為例，針對存在的越級跳閘和時限配合效果差的問題，提出了有針對性的優化配置方案，給出了瞬時速斷、限時速斷、限時過流保護的整定原則。本文提出的繼電保護優化整定方案在兗礦集團煤礦供電系統中得以應用，根據實例分析證明該優化整定方案在實際運行中作用明顯，降低了事故率。

參考文獻

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